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Die
Erfindung betrifft eine Trägeranordnung zur
Positionierung und Führung
eines Trägerelements
als bewegbares Teil in einem Träger.
Dieses bewegbare Teil wird in dem Träger gehaltert und durch einen
Stößel (z.
B. Hubdeckel) um eine bestimmte Hubstrecke herausgehoben, um zum
Beispiel an einer anderen Einrichtung positioniert zu werden.
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Bei
einer derartigen Vorrichtung kann das Problem auftreten, daß das Trägerelement
nicht exakt geführt
wird, zum Beispiel verkantet und nicht genau positioniert bzw. relativ
zu einer anderen Einrichtung ausgerichtet werden kann.
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Aus
der
EP 0 443 049 B1 und
der
EP 0 449 227 B1 sind
bewegbare Teile in Trägern
in Vakuumkammern bekannt, die zur Aufnahme von Substraten vorgesehen
sind und jeweils durch einen Stößel aus dem
Träger
herausgehoben und gegen die Öffnung der
Vakuumkammer gepreßt
werden. Die Träger
weisen Dichtmittel auf, so daß die
Abdichtung der Vakuumkammer durch Andrücken des Trägers an die Öffnung sicher
gestellt ist. Die Führung
und Positionierung des bewegbaren Teils erfolgt lediglich durch
den Stößel, wobei
geringe Abweichungen von der Anpreßrichtung auftreten können.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Trägeranordnung mit einer verbesserten
Positionierung und Führung
eines Trägerelements
relativ zum Träger
zur Verfügung
zu stellen. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
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Bei
der Lösung
geht die Erfindung von folgenden Grundgedanken aus.
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Die
erfindungsgemäße Trägeranordnung weist
ein Trägerelement
auf, das in einem Träger über eine
Federanordnung gehaltert ist. Weiterhin ist eine Hubanordnung vorgesehen,
mit der das Trägerelement
gegen die Kraft der Federanordnung um eine vorbestimmte Hubstrecke
aus dem Träger
herausgedrückt
werden kann.
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Mit
Hilfe einer Führungseinrichtung
wird auf der Hubstrecke eine präzise
Linearführung
des Trägerelements
relativ zum Träger
sichergestellt. Die Führungseinrichtung
weist vorzugsweise Blattfedern auf, deren beide Federenden bzw.
Federseiten mit dem Träger
bzw. dem Trägerelement
verbunden sind. Blattfedern sind besonders gut geeignet, da sie nur
einen linearen Federweg aufweisen. So sind die Blattfedern in der
Bewegungsrichtung auslenkbar und sonst starr, so daß eine seitliche
Verschiebung des Trägerelements
während
des Heraushebens aus dem Träger
und des Andrückens
an eine andere Einrichtung zuverlässig vermieden wird.
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In
vorteilhafter Weise können
sowohl die Federanordnung als auch die Führungseinrichtung durch einen
einzigen Federtyp ausgebildet sein; in diesem Fall wird auch die
Federanordnung durch Blattfedern gebildet. Dabei sind die Blattfedern
sowohl zur Ausübung
einer Federkraft entgegengesetzt zur Bewegung der Hubanordnung als
auch zur Führung
des Trägerelements
vorgesehen, so daß Abweichungen
des Trägerelements
von der Soll-Bewegungsrichtung während
des Heraushebens und Positionierens vermieden werden.
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Besonders
bevorzugt ist es jedoch, die Federanordnung und die Führungsanordnung
durch zwei Federtypen auszubilden. Vorzugsweise weist dabei die
Führungsanordnung
Blattfedern auf, die in diesem Falle jedoch in erster Linie nur
der Positionierung und Führung
dienen, während – abhängig von ihrer
Einbaurichtung – ihre
(im Vergleich zur Federkraft der Federanordnung relative kleine)
Zugkraft bzw. Druckkraft die Wirkung der Federanordnung unterstützt.
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Die
Federanordnung kann je nach Einbaurichtung zwischen dem Träger und
dem Trägerelement
als Druckfederanordnung oder als Zugfederanordnung ausgebildet sein;
entsprechendes gilt für
die Blattfedern der Führungseinrichtung.
Dies wir im Zusammenhang mit der Ausführungsform noch näher erläutert.
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Die
Federanordnung weist mindestens zwei Federelemente, vorzugsweise
drei oder mehr Federelemente auf, die vorzugsweise im gleichmäßigen Abstand
auf dem Umfang des Trägerelements
angeordnet sind. Im Fall eines kreisförmigen Trägerelements sind zum Beispiel
drei Federelemente im Abstand von 120° angeordnet.
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Entsprechendes
gilt für
die Blattfedern der Führungseinrichtung,
die bei getrennter Anordnung gegenüber der Federelemente der Federanordnung in
Umfangsrichtung versetzt sind, zum Beispiel um 60° im Falle
von jeweils drei Blattfedern und drei Federelementen.
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Vorzugsweise
ist die erfindungsgemäße Vorrichtung
in einer Vakuumkammer angeordnet und mit einer Öffnung in der Vakuumkammerwand
kombiniert, die in Verbindung mit einer anderen Einrichtung zum
Beispiel einer Prozeßkammer
oder einer Schleusenkammer steht. Durch die Hubanordnung wird das
Trägerelement
zum Beispiel als Substrathalter mit einem Substrat an die Öffnung der
Vakuumkammer gedrückt,
wobei eine sehr genaue Verbindung zwischen dem Trägerelement
und der Öffnung in
der Wand hergestellt wird. Das Substrat kann dann durch die Öffnung in
der Vakuumkammerwand hindurch beschichtet oder durch eine Greifeinrichtung abgenommen
werden. Das Trägerelement
kann in Verbindung mit der Öffnung
in der Vakuumkammerwand Bestandteil einer Vakuumschleuse sein, um
ein Substrat ein- bzw. auszuschleusen.
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Zwischen
dem Trägerelement
und der Vakuumkammerwand sind vorzugsweise Vakuumdichtungen, z.
B. Dichtringe, vorgesehen.
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Vorzugsweise
wird das Trägerelement
in vertikaler Richtung angehoben und angedrückt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
kann aber auch so angeordnet sein, daß das Trägerelement in andere Richtungen,
z. B. horizontal, bewegt und angedrückt wird.
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Die
Vorteile der Erfindung liegen in einer verschleißfreien Linearführung, die
ohne Schmierung auskommt, und in einer sehr genauen Positionierung bzw.
Ausrichtung des bewegbaren Teils an einer mit ihm zu verbindenden
Einrichtung. In vorteilhafter Weise kann die Erfindung im Hochvakuum
und im Ultrahochvakuum zum Einsatz kommen, da kein Ausgasen oder
Kontamination durch Schmierstoffe anfällt.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen:
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1 einen
Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform, die unterhalb einer Öffnung in
einer Vakuumkammerwand angeordnet ist;
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2 die
Ausführungsform
gemäß 1, wobei
das Trägerelement
an die Öffnung
der Vakuumkammerwand gedrückt
ist;
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3 die
Draufsicht auf eine Blattfeder, die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Einsatz kommt;
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4 die
Seitenansicht der Blattfeder gemäß 3 im
unbelasteten Zustand; und
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5 die
Seitenansicht gemäß 4 im
belasteten Zustand mit ausgelenkten Blattfederteilen.
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1 zeigt
eine bevorzugte erfindungsgemäße Ausführung der
Trägeranordnung 1,
die in einer Vakuumkammer gegenüber
einer Öffnung 8a in der
Wand 8 der Vakuumkammer angeordnet ist. An die Öffnung 8a kann – in der
Zeichnung oberhalb der Wand 8 – eine (nicht dargestellte)
Prozeßkammer oder
eine Schleuse angeschlossen sein. In einem Träger 3 mit einer Oberfläche 3b,
der zum Beispiel ein Drehteller mit einer Drehachse M sein kann,
ist ein Trägerelement
(Segment) 2 mit einer Öffnung 2a angeordnet,
in der ein zu behandelndes Substrat (nicht dargestellt) zum Beispiel
für eine
CD oder DVD oder eine optische Linse oder ein Brillenglas gehaltert
sein kann. Das Trägerelement
ist durch mindestens zwei Druckfedern einer Federanordnung 4 und mindestens
zwei Blattfedern 5 verteilt am Umfang (jeweils nur eine
davon ist dargestellt) mit einem Überwurfring 7 des
Trägers 2 verbunden
und in der Zeichnung in vertikaler Richtung längs der Achse C bewegbar. Unterhalb
des Trägers 3 und
des Trägerelements 2 befindet
sich als Hubanordnung ein Hubdeckel 6, der längs der
Achse C in Pfeilrichtung A anhebbar oder in Pfeilrichtung B absenkbar
ist. In 1 befindet sich das Trägerelement 2 im
Träger 3 in
Ruhelage, d. h. das Trägerelement 2 wird
durch die Kraft der Druckfedern der Federanordnung 4 gegen
die Anschlagfläche 3a.
des Trägers 3 gedrückt, wobei sich
der obere Rand des Trägerelements
in etwa auf gleichem Niveau mit dem oberen Rand des Trägers 3 und
im Abstand zur Unterseite der Kammerwand 8 befindet, so
daß sich
der Träger 3 in
seiner Ebene bewegen, zum Beispiel um die Achse M frei drehen kann.
Zwischen dem Überwurfring 7 und
dem Trägerelement 2 ist
ein ringförmiger
Spalt 9 ausgebildet, der eine definierte Breite d aufweist,
die zum Beispiel 1–5
mm betragen kann. Der Überwurfring 7 weist eine
Anschlagsfläche 7a auf,
die die maximale Hubhöhe
des Trägerelements 2 begrenzt.
In der Vakuumkammerwand 8 und dem Hubdeckel 6 sind
weiterhin Vakuumdichtungen 10 vorgesehen, durch die das Trägerelement 2 gegen
die Vakuumkammerwand 8 bzw. den Hubdeckel 6 abgedichtet
werden kann (vgl. 2), wenn zum Beispiel die Öffnung 8a Bestandteil
einer Schleuse ist.
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2 zeigt
die erfindungsgemäße Ausführungsform
gemäß 1,
wobei das Trägerelement 2 an
die Vakuumkammerwand 8 im Bereich der Öffnung 8a gedrückt ist,
so daß die Öffnung 2a des
Trägerelements 2 in
direkter Verbindung mit der Öffnung 8a der
Kammerwand 8 ist. Dabei besteht vorzugsweise noch ein Spalt
S zwischen dem Trägerelement 2 und
der Fläche 7a des Überwurfringes 7.
In diesem Zustand sind die Druckfedern der Federanordnung 4 zusammengedrückt und
die Blattfedern 5 sind in Anpreßrichtung A ausgelenkt, so
daß das
Federteil 5b nach oben gezogen ist. Bezüglich einer seitlichen Bewegung
in horizontaler Richtung der Pfeile D oder E sind die Blattfedern
starr, so daß in
diesen Richtungen eine sehr genaue Positionierung des bewegbaren
Teils 2 erfolgt. In der Stellung gemäß 2 kann ein
in der Öffnung 2a gehaltertes
Substrat (nicht dargestellt) durch die Öffnung 8a beschichtet,
z. B. metallisiert werden. Auf die Dichtringe 10 kann in
diesem Fall verzichtet werden. Die Öffnungen 2a und 8a können aber
auch Bestandteil einer Schleuse für das Substrat sein, das durch
die Öffnung 8a entnommen oder
eingelegt wird. Die Dichtringe 10 dichten dabei die Schleuse
gegen das Hochvakuum der Vakuumkammer ab.
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Die 3 und 4 zeigen
eine Blattfeder 5, die in der erfindungsgemäßen Trägeranordnung zum
Einsatz kommt. 3 zeigt eine Draufsicht auf die
Blattfeder mit den beiden Federteilen 5a und 5b, die
durch einen Spalt 5c voneinander getrennt sind und Öffnungen 5d1 bzw. 5d2 aufweisen,
um die Blattfeder auf der einen Seite mit dem Überwurfring 7 bzw.
auf der anderen Seite mit dem bewegbaren Teil 2 zum Beispiel
durch Schrauben zu verbinden. 4 zeigt
eine Seitenansicht der Ausführungsform
gemäß 3 im
unbelasteten Zustand der Blattfeder 5 (vgl. 1).
Die Blattfedernteile 5a und 5b befinden sich dabei
auf gleichem Niveau.
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5 zeigt
eine Seitenansicht der Ausführungsform
gemäß 4,
wobei sich das Blattfedernteil 5b, wie in 2 zu
sehen ist, mit dem Trägerelement
nach oben bewegt hat und auch die Seitenränder des Federnteils 5a nach
oben gebogen sind. Da, wie 3 zeigt,
die Blattfeder 5 in den Richtungen E und D nicht elastisch
ist, kommt es bei ihrer Auslenkung beim Anheben des Trägerelements
auch nicht zu seiner seitlichen Verschiebung, wodurch eine sehr gute
Positionierung des Trägerelements
erreicht wird.
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Im
Betrieb wird das Trägerelement 2,
das ein Substrathalter sein kann, durch den Träger 3, der ein Drehteller
mit der Achse M sein kann, unterhalb der Öffnung 8a der Kammerwand 8,
die mit einer Einrichtung zur Behandlung des Substrats oder einer Schleuse
verbunden ist, angeordnet. Danach fährt der Hubdeckel 6 in
Richtung des Pfeiles A an das bewegbare Teil 2 heran und
hebt es aus dem Träger 3 gegen
die Kraft der Druckfedern der Federanordnung 4 und der
Blattfedern 5 heraus und drückt es im Bereich der Öffnung 8a an
die Vakuumkammerwand 8 an. Dabei kann die maximale Hubhöhe d, die
durch die Breite der Spalte 9 definiert ist, nicht überschritten werden.
Die Druckfedern werden zusammengedrückt und die Blattfedern 5 werden
in Richtung der Andruckrichtung A ausgelenkt. Bei geschlossener Verbindung
der Öffnung 2a und 8a kann
das Substrat durch die Öffnung 8a z.
B. beschichtet werden oder durch die Öffnung 8a aus- oder
eingeschleust werden. Danach wird das Trägerelement 2 von der
Vakuumkammerwand 8 durch Zurückfahren des Hubdeckels 6 in
Richtung B abgesenkt, bis er auf der Anschlagsfläche 3a des Trägers 3 aufsetzt,
wobei bis zum Anschlag durch die Kraft der Druckfeder und der Blattfedern 5 das
Trägerelement 2 einen
engen Kontakt zum Hubdeckel 6 hat, so daß eine kontinuierliche Bewegung
des Trägerelement 2 gewährleistet
ist. Danach kann das Substrat in dem Trägerelement 2 mittels
z. B. des Drehtellers 3 durch Drehen um die Achse M zu
einer anderen nicht dargestellten Position in der Vakuumkammer transportiert
werden.
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In
der dargestellten Ausführungsform
ist die Federanordnung 4 in Form von Druckfedern zwischen
dem Trägerelement 2 und
dem Überwurfring 7 ausgebildet,
der nach dem Zusammenbau ortsfest gegenüber dem Träger 3 ist. Alternativ
kann diese Federanordnung 4 auch in Form von Zugfedern
ausgebildet sein, wobei in diesem Falle die Zugfedern zwischen dem
Trägerelement 2 und
dem darunterliegenden Anschlag 3a wirksam angeordnet werden, um
die in 1 und 2 dargestellte Ruheposition bzw.
Versatzposition des Trägerelements 2 relativ zum
Träger 3 zu
bewirken.
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In
der dargestellten Ausführungsform
ist der Träger 3 als
Drehteller mit der Drehachse M dargestellt, so daß das Trägerelement 2 mit
z. B. eingelegtem Substrat in der Trägerebene auf einer Kniebahn transportiert
werden kann. Eine andere Bewegung des Trägers 3 in seiner Ebene
ist im Rahmen der Erfindung ebenfalls möglich, z. B. eine Linearbewegung
oder beliebige Kurvenbewegung in der Trägerebene unter Verwendung einer
geeigneten, nicht dargestellten Führungseinrichtung für den Träger 3 anstelle
der Drehung um die Achse M.
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Im
Rahmen der Erfindung ist die Öffnung 2a im
Trägerelement 2 nicht
notwendig. Zum Beispiel genügt
eine Vertiefung an der Oberseite des Trägerelements 2, um
dort ein zu transportierendes Substrat einzulegen.